Fenton试剂处理压裂废液氧化降粘研究_张玉芬

Fenton试剂处理压裂废液氧化降粘研究张玉芬1孙健2(1.中国石油大学(华东)重质油加工国家重点实验2.中石化胜利油田有限公司物资供应处)摘要化学絮凝法对油井作业废液的处理过程中,絮凝剂对悬浮物与石油类的脱除效果随污水粘度增大而降低,利用Fenton试剂对污水中高分子添加剂进行氧化,可有效降低作业废液的粘度。在一定范围内,增大FeSO4浓度明显提高了Fenton试剂的氧化降粘处理能力。对氧化降粘的反应数据进行拟合的结果表明,Fenton试剂氧化降粘的反应级数为一级,拟合系数0.98以上。关键词Fenton试剂氧化降粘作业废液粘度絮凝油井压裂过程中产生一定量的返排压裂废液,具有污染物成分复杂、浓度高、粘度大等特点,按一定比例与采油污水掺混后将对采油污水的处理效果带来不利影响,具体表现在:滤膜系数小于15,有时无法检测;悬浮物含量高,导致砂滤装置效率降低,滤料更换周期缩短;下沉污泥粘在板框过滤机的隔膜上,使滤膜损坏严重,经常更换,且易使污泥难以压滤成饼。利用化学絮凝法处理压裂废液的过程中,降低胶体的粘度、破坏体系的稳定性是决定后续处理效果的重要因素之一。1试验药品、仪器与测定方法1.1试验药品FeSO4为分析纯;H2O2浓度30%以上。羟丙基胍胶粉GRJ-11、粘土稳定剂FP-II、有机硼交联剂SB-1、助排剂SL-P、纯碱为工业产品。1.2仪器NDJ-7旋转粘度计、电子天平、HI8424型便携式pH计、电动搅拌器。1.3分析方法相关指标的分析方法见表1。表1水质指标分析方法水质指标分析方法标准代号悬浮物重量法GB/T11901-1989石油类红外分光光度法GB/T16488-1996粘度仪器分析pH值玻璃电极法GB/T6920-19872试验部分2.1基准压裂液的制备在25L蒸馏水中依次加入140kg羟丙基胍胶粉GRJ-11、70kg交联剂SB-1、70kg助排剂SL-P、70kg粘土稳定剂FP-II与50kg纯碱,充分混合后作为基准压裂液,取样分析粘度。2.2粘度对化学絮凝处理效果的影响试验配制压裂液—作业废液混合体系,压裂液所占百分比分别0、10%、20%、30%、40%与60%,并调节pH值为7.0。向混合体系加入复合絮凝剂,搅拌10min,静置沉降10min后,取样分析悬浮物浓度与石油类浓度指标。2.3氧化降粘试验(1)基准压裂液中加入不同比例的H2O2,搅拌反应10min,取样分析粘度。(2)基准压裂液中加入H2O2(浓度为0.30%)与不同比例的FeSO4溶液,搅拌反应10min,取样分析粘度。(3)基准压裂液中加入不同配比的H2O2+Fe-SO4,H2O2+FeSO4组成浓度为0.03%+0.01%与0.03%+0.05%,充分搅拌作用下间隔取样分析粘度。3试验结果与分析3.1粘度对化学絮凝处理效果的影响试验压裂施工中使用的压裂液含有大量的高分子聚合物,返排的废液粘度大且污染物浓度高。化学絮凝法的处理过程,高分子添加剂作为稠化剂影响絮凝剂在493石油与天然气化工第35卷第6期CHEMICALENGINEERINGOFOIL＆GAS处理体系中的有效扩散,同时这些添加剂在胶体体系中促使胶体的稳定存在,减弱了悬浮物等污染物聚结沉降能力,从而影响化学絮凝的处理效果[1]。利用复合絮凝剂处理模拟体系试验结果表明,静置沉降30min后,溶液中悬浮着大量絮状颗粒,悬浮物与石油类的脱除率随粘度(高分子添加剂浓度)增大而显著降低,其中悬浮物影响效果更为显著,而体系粘度超过3mPas,对石油类的脱除率基本稳定在10%左右。压裂废液中这些高分子添加剂的存在不利于化学絮凝法的实施效果,对于这类污水首先要进行破胶脱稳处理,有效降低粘度。3.2氧化降粘试验结果与分析H2O2、Fenton试剂(H2O2/FeSO4)对压裂液氧化降粘的试验结果见图1、图2。从图可以看出,Fenton试剂氧化降粘效果明显优于H2O2的降粘效果,在0～0.2%内,FeSO4浓度增加能明显降低处理体系的粘度,FeSO4浓度高于0.2%,处理体系的基本粘度稳定在1.3～1.5mPas。Fenton试剂的实质是Fe2+和H2O2之间的链反应,催化生成OH自由基,Jeseph认为Fenton试剂反应过程如下[2-7]:H2O2+Fe2+OH+Fe3++OH-(1)Fe2++OHFe3++OH-(2)其中产生OH的反应为控速步骤,OH通过反应方程(2)或与有机物反应而逐渐被消耗。通过分离有机物中的H、填充未饱和的C-C键,羟基OH能不加选择地与大多数有机物分子迅速反应。羟基OH的氧化电位为2.8V[2],和HO-2和O-2比较,OH具有更高的反应活性。在Fenton反应中,Fe2+起到催化剂的作用,是催化H2O2产生自由基的必要条件[8]。无Fe2+条件下,H2O2难以分解